手機攝像頭組成結(jié)構(gòu)和工作原理簡介

手機攝像頭組成結(jié)構(gòu)和工作原理簡介手機攝像頭由：PCB板、鏡頭、固定器和濾色片、DSP(CCD用)、傳感器等部件組成。工作原理：拍攝景物通過鏡頭，將生成的光學(xué)圖像投射到傳感器上，然后光學(xué)圖像被轉(zhuǎn)換成電信號，電信號再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過DSP加工處理，再被送到手機處理器中進(jìn)行處理，最終轉(zhuǎn)換成手機屏幕上能夠看到的圖像。1PCB板攝像頭中用到的印刷電路板，分為硬板、軟板、軟硬結(jié)合板三種2鏡頭鏡頭是將拍攝景物在傳感器上成像的器件，它通常由由幾片透鏡組成。從材質(zhì)上看，攝像頭的鏡頭可分為塑膠透鏡和玻璃透鏡。鏡頭有兩個較為重要的參數(shù)：光圈和焦距。1）光圈是安裝在鏡頭上控制通過鏡頭到達(dá)傳感器的光線多少的裝置，除了控制通光量，光圈還具有控制景深的功能，光圈越大，景深越小，平時在拍人像時背景朦朧效果就是小景深的一種體現(xiàn)。（數(shù)值越小，光圈越大，進(jìn)光量越多，畫面比較亮，焦平面越窄，主體背景虛化越大；值越大，光圈越小，進(jìn)光量越少，畫面比較暗，焦平面越寬，主體前后越清晰。）2）焦距是從鏡頭的中心點到傳感器平面上所形成的清晰影像之間的距離。3固定器和濾色片固定器的作用，實際上就是來固定鏡頭，另外固定器上還會有一塊濾色片。濾色片分兩種方式，一種是RGB原色分色法，另一種是CMYK補色分色法。濾色片的作用是把色彩濾掉，保證每個二極管感受到的光是單色的。為什么要濾成單色光？因為感光二極管只能輸出不同的電平，也就是只能表示光的強度而已，沒辦法表示顏色信息（黃色光和紅色光，只要對應(yīng)的亮度相同，二極管都會輸出一樣的電平信息）。

4DSP又叫數(shù)字信號處理芯片：它的功能是通過一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法運算，對數(shù)字圖像信號進(jìn)行優(yōu)化處理，最后把處理后的信號傳到顯示器上。DSP結(jié)構(gòu)框架：(1).ISP(鏡像信號處理器);(2).JPEGencoder(JPEG圖像解碼器)。DSP控制芯片的作用是：將感光芯片獲取的數(shù)據(jù)及時快速地傳到baseband中并刷新感光芯片，因此控制芯片的好壞，直接決定畫面品質(zhì)(比如色彩飽和度、清晰度)與流暢度。（*）ISP芯片是“大腦”（ISP芯片分為集成和獨立兩種，獨立ISP芯片處理能力優(yōu)于集成ISP芯片，但成本更高。）ISP芯片的作用就是對傳感器輸入的信號進(jìn)行運算處理，最終得出經(jīng)過線性糾正、噪點去除、壞點修補、顏色插值、白平衡校正、曝光校正等處理后的結(jié)果。ISP芯片能夠在很大程度上決定手機相機最終的成像質(zhì)量，通常它對圖像質(zhì)量的改善空間可達(dá)10%-15%。ISP內(nèi)的軟件算法很重要：ISP芯片對傳感器輸入的電流信號進(jìn)行處理后，首先會生成未經(jīng)加工的原始圖像，而軟件算法就好比對原始圖像在內(nèi)部進(jìn)行了一番“PS”，優(yōu)化圖像的色彩、色調(diào)、對比度、噪點等，最后生成我們所看到的jpg格式圖片。5傳感器傳感器是攝像頭組成的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。（它是一種用來接收通過鏡頭的光線，并且將這些光信號轉(zhuǎn)換成為電信號的裝置。光電二極管）感光器件面積越大，捕獲的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。主要有兩種，CCD（電荷耦合元件），CMOS（互補型金屬氧化物半導(dǎo)體）。在CMOS傳感器的攝像頭中，其DSP芯片已經(jīng)集成到CMOS中，從外觀上來看，它們就是一個整體。而采用CCD傳感器的攝像頭則分為CCD和DSP兩個獨立部分。圖像傳感器的發(fā)展趨勢是高敏感化、高分辨率、省電、低壓工作等高性能方向發(fā)展。6閃光燈閃光燈是增加相機曝光量的方式之一，在暗光環(huán)境下會打亮周圍景物，從而彌補光線不足，提升畫面亮度。另外，在光線復(fù)雜的環(huán)境下，利用閃光燈可以去除雜光，使照片的色彩還原更為真實。7影像質(zhì)量影像質(zhì)量是指成像的性能，測試影像質(zhì)量需要測試多個方面，如曝光、清晰度、顏色、質(zhì)感、噪音、防手抖、閃光燈、對焦、偽像等等。手機成像效果比不了攝像機的根本原因：感光元件的大小。像素不是決定圖片質(zhì)量的關(guān)鍵因素，那么誰才是呢？答案是傳感器。相對來說，傳感器尺寸越大，感光性能越好，捕捉的光子（圖形信號）越多，信噪比越低，成像效果自然也越出色，然而更大的傳感器卻會導(dǎo)致手機的體積、重量、成本增加。8手機雙攝像頭其實雙攝像頭的理論基礎(chǔ)就是把原本要求縱向空間的光學(xué)體系，在橫向空間的平面上鋪展開來。這樣即達(dá)到了成像水平，也不會使攝像頭突出影響手機整體的美觀。雙攝像頭功能：1）利用雙攝像頭產(chǎn)生立體視覺，獲得影像的景深，利用景深信息進(jìn)行背景虛化。2）利用左右兩張不同的圖片信息進(jìn)行融合，以期望得到更高的分辨率，更好的圖像質(zhì)量，或?qū)崿F(xiàn)光學(xué)變焦、夜景拍攝增強。雙攝手機工作原理主要有以下幾種：1）彩色+彩色攝像頭(RGB+RGB)，優(yōu)勢在于可以計算景深，從而實現(xiàn)背景虛化和重新對焦(即先拍照后對焦);2）彩色+黑白相機(RGB+Mono)，優(yōu)勢在于可以提升暗光或夜晚手機成像質(zhì)量;提高暗光拍照質(zhì)量一般有三種辦法：延長曝光時間、提高ISO感光度、增大光圈。（延長曝光時間會帶來手抖的問題，手機光圈一般都是固定的無法調(diào)整）彩色攝像頭有濾光片，只允許RGB光進(jìn)入，會濾掉一部分光，而黑白攝像頭沒有濾光片，所有的光都可以進(jìn)來，獲得更大的進(jìn)光量，因此，黑白相機的圖像更加明亮，細(xì)節(jié)也保留的更好。融合后的結(jié)果信噪比明顯提升了（信噪比，SNR，有用信息和噪聲的比值）3）廣角+長焦鏡頭(Wide+Tele)，這個組合最大優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)光學(xué)變焦(目前大多數(shù)主流手機廠商采用的雙攝原理);9焦距和視角焦距：焦距是攝影鏡頭的主要性能之一，指從鏡頭的光學(xué)中心到焦平面（膠片或影像傳感器CCD或CMOS）之間的距離，用f表示，單位mm。視角：視角是指鏡頭所能看到和記錄的影像范圍。鏡頭焦距長短與視角大小成反比，鏡頭焦距越長，視角越小。10變焦變焦是鏡頭的一個重要能力，包括光學(xué)變焦（opticalzoom）與數(shù)碼變焦（digitalzoom）兩種。兩者雖然都有有助于望遠(yuǎn)拍攝時放大遠(yuǎn)方物體，但是只有光學(xué)變焦可以支持圖像主體成像后，增加更多的像素，讓主體不但變大，同時也相對更清晰。通常變焦倍數(shù)大者越適合用于望遠(yuǎn)拍攝。1）光學(xué)變焦是通過鏡頭、物體和焦點三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。它是通過改變光學(xué)鏡片組結(jié)構(gòu)來改變鏡頭焦距，從而實現(xiàn)變焦。當(dāng)成像面在水平方向運動的時候，視覺和焦距就會發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變得更清晰。2）數(shù)碼變焦是通過數(shù)碼相機內(nèi)的處理器，把圖片內(nèi)的每個象素面積增大，從而達(dá)到放大目的，使用'插值'處理手段做放大，通過數(shù)碼變焦，拍攝的景物放大了，但它的清晰度會有一定程度的下降。11相機或手機拍照質(zhì)量評測專業(yè)機構(gòu)DXOMARK：DXOMark測試項目：曝光和對比度、色彩、自動對焦、紋理、噪點、偽像、閃光燈和防抖（視頻）等許多測試項目的分?jǐn)?shù)。1）曝光和對比度：曝光項目旨在測量攝像頭如何根據(jù)拍攝對象和背景的亮度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和拍攝。（對比度）動態(tài)范圍是指攝像頭拍攝場景最亮部分到最暗部分的細(xì)節(jié)的能力。2）色彩項目的分?jǐn)?shù)旨在衡量攝像頭在各種光照條件下如何正確地再現(xiàn)色彩。3）自動對焦項目旨在測量攝像頭在不同照明條件下可以用多快的速度來準(zhǔn)確地針對拍攝對象進(jìn)行對焦。4）紋理項目旨在測量攝像頭如何保留微小的細(xì)節(jié)，例如物體表面上可觀察到的細(xì)節(jié)。由于攝像頭廠商引入了降噪技術(shù)（例如更長的快門時間和后期處理），而產(chǎn)生了運動模糊以及柔化處理使細(xì)節(jié)變少的副作用，因此紋理的評分變得尤為重要。5）噪點項目旨在測量圖像中存在多少噪點。噪點可能來自場景本身的光線，也可能是攝像頭的圖像傳感器和電子元件造成的。6）偽像項目旨在測量攝像頭的鏡頭和數(shù)字處理對圖像造成的失真程度或其他瑕疵。噪點主要與攝像頭的圖像傳感器有關(guān)，而偽像則是鏡頭所產(chǎn)生的失真現(xiàn)象，其中包括看起來彎曲的直線或不正常的彩色區(qū)域。7）閃光燈項目旨在測量手機的內(nèi)置閃光燈（如果有的話）是否能有效而準(zhǔn)確地照亮拍攝對象。12自動白平衡人類視覺系統(tǒng)具有顏色恒常性的特點，因此人類對事物的觀察可以不受到光源顏色的影響。但是圖像傳感器本身并不具有這種顏色恒常性的特點，因此，其在不同光線下拍攝到的圖像，會受到光源顏色的影響而發(fā)生變化。例如在晴朗的天空下拍攝到的圖像可能偏藍(lán)，而在燭光下拍攝到的物體顏色會偏紅。因此，為了消除光源顏色對于圖像傳感器成像的影響，自動白平衡功能就是模擬了人類視覺系統(tǒng)的顏色恒常性特點來消除光源顏色對圖像的影響的。13顏色飽和度顏色的飽和度是指色彩的純度，某色彩的純度越高，則其表現(xiàn)的就越鮮明；純度越低，表現(xiàn)的則比較黯淡。143A技術(shù)3A技術(shù)指的是自動對焦（AF）、自動曝光（AE）及自動白平衡（AWB）。自動對焦算法通過既得圖像對比度移動鏡頭使圖像對比度達(dá)到最大.自動曝光算法將根據(jù)可用的光源條件自動設(shè)置曝光值.自動白平衡算法根據(jù)光源條件調(diào)整圖片顏色的保真程度。15圖像邊緣檢測圖像邊緣信息主要集中在高頻段，通常說圖像銳化或檢測邊緣，實質(zhì)就是高頻濾波。我們知道微分運算是求信號的變化率，具有加強高頻分量的作用。在空域運算中來說，對圖像的銳化就是計算微分。由于數(shù)字圖像的離散信號，微分運算就變成計算差分或梯度。圖像處理中有多種邊緣檢測（梯度）算子，常用的包括普通一階差分，Robert算子（交叉差分），Sobel算子等等，是基于尋找梯度強度。拉普拉斯算子（二階差分）是基于過零點檢測。通過計算梯度，設(shè)置閾值，得到邊緣圖像。一階微分邊緣算子，經(jīng)典算子比如：Roberts(羅伯特)、Prewitt（普魯伊特）、Sobel(索貝爾)，Canny（坎尼）等，二階微分邊緣算子，LOG邊緣檢測算子。Sobel算子：其主要用于邊緣檢測，在技術(shù)上它是以離散型的差分算子，用來運算圖像亮度函數(shù)的梯度的近似值，缺點是Sobel算子并沒有將圖像的主題與背